A digjet naftë? Digjet, dhe mjaft fort. Mbetja e tij që nuk mori pjesë në djegien e parapërzier konsumohet në fazën e djegies me shpejtësi të ndryshueshme.
Djegia në motorët me naftë është shumë e vështirë. Deri në vitet 1990, mekanizmat e tij të detajuar nuk ishin kuptuar mirë. Temperatura e djegies së karburantit dizel në dhomën e djegies ndryshonte gjithashtu nga rasti në rast. Për dekada, kompleksiteti i këtij procesi dukej se sfidonte përpjekjet e studiuesve për të zbuluar sekretet e tij të shumta, pavarësisht nga disponueshmëria e mjeteve moderne si fotografia me shpejtësi të lartë të përdorura në motorët "transparent", fuqia përpunuese e kompjuterëve modernë dhe shumë modele matematikore. projektuar për të simuluar djegien në naftë Zbatimi i imazhit me lazer me fletë në procesin tradicional të djegies së naftës në vitet 1990 ishte çelësi për të përmirësuar shumë të kuptuarit e këtij procesi.
Ky artikull do të trajtojëmodeli më i vendosur i procesit për një motor klasik me naftë. Kjo djegie konvencionale e karburantit dizel kontrollohet kryesisht nga përzierja, e cila mund të ndodhë për shkak të difuzionit të karburantit dhe ajrit përpara ndezjes.
Temperatura e djegies
Në çfarë temperature djeg karburanti dizel? Nëse më parë kjo pyetje dukej e vështirë, tani mund t'i jepet një përgjigje plotësisht e paqartë. Temperatura e djegies së karburantit dizel është rreth 500-600 gradë Celsius. Temperatura duhet të jetë mjaft e lartë për të ndezur përzierjen e karburantit dhe ajrit. Në vendet e ftohta ku mbizotërojnë temperaturat e ulëta të ambientit, motorët kishin një prizë ndriçimi që ngroh portën e marrjes për të ndihmuar në ndezjen e motorit. Kjo është arsyeja pse duhet të prisni gjithmonë derisa ikona e ngrohësit në panelin e kontrollit të fiket përpara se të ndizni motorin. Ajo gjithashtu ndikon në temperaturën e djegies së karburantit dizel. Le të shqyrtojmë se cilat nuanca të tjera ka në punën e tij.
Karakteristikat
Parakushti kryesor për djegien e karburantit dizel në një djegës të kontrolluar nga jashtë është mënyra e tij unike për të çliruar energjinë kimike të ruajtur në të. Për të kryer këtë proces, oksigjeni duhet të jetë i disponueshëm për të për të lehtësuar djegien. Një nga aspektet më të rëndësishme të këtij procesi është përzierja e karburantit dhe ajrit, shpesh i referuar si parapërzierje.
katalizator me djegie me naftë
Në motorët me naftë, karburanti shpesh injektohet në cilindrin e motorit në fund të goditjes së kompresimit, vetëm disa gradë këndi të boshtit me gunga përpara pikës së sipërme të vdekur. Karburanti i lëngshëm zakonisht injektohet me shpejtësi të lartë në një ose më shumë avionë përmes vrimave të vogla ose grykave në majën e injektorit, atomizohen në pika të imta dhe futen në dhomën e djegies. Karburanti i atomizuar thith nxehtësinë nga ajri i ngjeshur i nxehtë përreth, avullohet dhe përzihet me ajrin me presion të lartë të temperaturës së lartë përreth. Ndërsa pistoni vazhdon të lëvizë më afër qendrës së vdekur të sipërme (TDC), temperatura e përzierjes (kryesisht e ajrit) arrin temperaturën e ndezjes. Temperatura e djegies së karburantit dizel Webasto nuk është e ndryshme nga ajo e klasave të tjera të naftës, duke arritur rreth 500-600 gradë.
Ndezja e shpejtë e disa karburantit dhe ajrit të parapërzier ndodh pas një periudhe vonese të ndezjes. Kjo ndezje e shpejtë konsiderohet fillimi i djegies dhe karakterizohet nga një rritje e mprehtë e presionit të cilindrit ndërsa konsumohet përzierja ajër-karburant. Presioni i rritur që rezulton nga djegia e parapërzier ngjesh dhe ngroh pjesën e padjegur të ngarkesës dhe shkurton vonesën përpara se të ndizet. Ai gjithashtu rrit shkallën e avullimit të karburantit të mbetur. Spërkatja, avullimi, përzierja e tij me ajër vazhdon derisa të digjet e gjitha. Temperatura e djegies së vajgurit dhe karburantit dizel në këtë drejtim mund të jetë e ngjashme.
Karakteristike
Së pari, le të merremi me shënimin: atëherë A është ajri (oksigjen), F është karburant. Djegia me naftë karakterizohet nga një raport i ulët i përgjithshëm A/F. Mesatarja më e ulët A/F shpesh vërehet në kushtet e pikut të çift rrotullues. Për të shmangur gjenerimin e tepërt të tymit, çift rrotullimi maksimal A/F zakonisht mbahet mbi 25:1, shumë mbi raportin ekuivalent stoikiometrik (kimikisht i saktë) prej rreth 14.4:1. Kjo vlen edhe për të gjithë aktivizuesit e djegies së naftës.
Në motorët me naftë me turbocharge, raporti A/F në boshe mund të kalojë 160:1. Rrjedhimisht, ajri i tepërt i pranishëm në cilindër pas djegies së karburantit vazhdon të përzihet me gazrat e djegur dhe tashmë të shteruar. Kur hapet valvula e shkarkimit, ajri i tepërt shkarkohet së bashku me produktet e djegies, gjë që shpjegon natyrën oksiduese të shkarkimit të naftës.
Kur digjet naftë? Ky proces ndodh pasi karburanti i avulluar përzihet me ajrin për të formuar një përzierje të pasur lokale. Gjithashtu në këtë fazë arrihet temperatura e duhur e djegies së karburantit dizel. Megjithatë, raporti i përgjithshëm A/F është i vogël. Me fjalë të tjera, mund të thuhet se pjesa më e madhe e ajrit që hyn në cilindrin e një motori me naftë kompresohet dhe nxehet, por kurrë nuk merr pjesë në procesin e djegies. Oksigjeni në ajrin e tepërt ndihmon në oksidimin e hidrokarbureve të gazta dhe monoksidit të karbonit, duke i reduktuar ato në përqendrime jashtëzakonisht të ulëta në gazrat e shkarkimit. Ky proces është shumë më i rëndësishëm se temperatura e djegies së karburantit dizel.
Faktorët
Faktorët e mëposhtëm luajnë një rol të madh në procesin e djegies së naftës:
- Ngarkesa e induktuar e ajrit, temperatura dhe energjia e tij kinetike në disa dimensione.
- Atomizimi i karburantit të injektuar, depërtimi i spërkatjes, temperatura dhe karakteristikat kimike.
Megjithëse këta dy faktorë janë më të rëndësishmit, ka parametra të tjerë që mund të ndikojnë ndjeshëm në performancën e motorit. Ata luajnë një rol dytësor, por të rëndësishëm në procesin e djegies. Për shembull:
- Dizajni i hyrjes. Ka një ndikim të fortë në lëvizjen e ajrit të ngarkuar (veçanërisht në momentin kur ai hyn në cilindër) dhe në shkallën e përzierjes në dhomën e djegies. Kjo mund të ndryshojë temperaturën e djegies së karburantit dizel në bojler.
- Dizajni i portës së marrjes mund të ndikojë gjithashtu në temperaturën e ajrit të ngarkimit. Kjo mund të arrihet duke transferuar nxehtësinë nga xhaketa e ujit përmes sipërfaqes së hyrjes.
- Madhësia e valvulës së marrjes. Kontrollon masën totale të ajrit të futur në cilindër për një kohë të kufizuar.
- Raporti i ngjeshjes. Ndikon në avullimin, shpejtësinë e përzierjes dhe cilësinë e djegies, pavarësisht nga temperatura e djegies së karburantit dizel në bojler.
- Presion injeksion. Ai kontrollon kohëzgjatjen e injektimit për një parametër të caktuar të hapjes së grykës.
- Gjeometria e atomizimit, e cila ndikon drejtpërdrejt në cilësinë dhe temperaturën e djegies së karburantit dizel dhe benzinës përllogaria e përdorimit të ajrit. Për shembull, një kënd më i madh i konit me spërkatje mund të vendosë karburantin në majë të pistonit dhe jashtë rezervuarit të djegies në motorët me naftë DI me dhomë të hapur. Kjo gjendje mund të çojë në "pirje të tepruar" të duhanit pasi karburantit i mohohet qasja në ajër. Këndet e gjera të konit mund të shkaktojnë gjithashtu spërkatje të karburantit në muret e cilindrit dhe jo brenda dhomës së djegies ku kërkohet. I spërkatur në murin e cilindrit, ai përfundimisht do të lëvizë poshtë në tiganin e vajit, duke shkurtuar jetën e vajit lubrifikues. Për shkak se këndi i spërkatjes është një nga variablat që ndikon në shkallën e përzierjes së ajrit në rrymën e karburantit pranë daljes së injektorit, ai mund të ketë një efekt të rëndësishëm në procesin e përgjithshëm të djegies.
- Konfigurimi i valvulës që kontrollon pozicionin e injektorit. Sistemet me dy valvula krijojnë një pozicion të anuar të injektorit, që do të thotë spërkatje e pabarabartë. Kjo çon në një shkelje të përzierjes së karburantit dhe ajrit. Nga ana tjetër, modelet me katër valvula lejojnë montimin vertikal të injektorit, atomizimin simetrik të karburantit dhe aksesin e barabartë në ajrin e disponueshëm për secilin atomizues.
- Pozicioni i unazës së sipërme të pistonit. Ai kontrollon hapësirën e vdekur midis majës së pistonit dhe rreshtit të cilindrit. Kjo hapësirë e vdekur bllokon ajrin që ngjesh dhe zgjerohet pa marrë pjesë as në procesin e djegies. Prandaj, është e rëndësishme të kuptohet se sistemi i motorit me naftë nuk është i kufizuar në dhomën e djegies, grykat e injektorit dhemjedisin e tyre të afërt. Djegia përfshin çdo pjesë ose komponent që mund të ndikojë në rezultatin përfundimtar të procesit. Prandaj, askush nuk duhet të ketë dyshime nëse karburanti dizel digjet.
Detaje të tjera
Djegia e naftës njihet si shumë e dobët me raportin A/F:
- 25:1 në momentin maksimal.
- 30:1 me shpejtësi të vlerësuar dhe fuqi maksimale.
- Më shumë se 150:1 në boshe për motorët me turbocharge.
Megjithatë, ky ajër shtesë nuk përfshihet në procesin e djegies. Nxehet shumë dhe shterohet, si rezultat i së cilës shkarkimi i naftës bëhet i dobët. Edhe pse raporti mesatar ajër-karburant është i dobët, nëse nuk merren masat e duhura gjatë procesit të projektimit, zonat e dhomës së djegies mund të jenë të pasura me karburant dhe të rezultojnë në emetime të tepërta tymi.
Dhoma e djegies
Një qëllim kryesor i projektimit është të sigurojë përzierjen e mjaftueshme të karburantit dhe ajrit për të zbutur efektet e zonave të pasura me karburant dhe për të lejuar motorin të arrijë objektivat e tij të performancës dhe emetimeve. Është zbuluar se turbulenca në lëvizjen e ajrit brenda dhomës së djegies është e dobishme për procesin e përzierjes dhe mund të përdoret për ta arritur këtë. Vorbulla e krijuar nga hyrja mund të përforcohet dhe pistoni mund të krijojëduke u shtrydhur ndërsa i afrohet kokës së cilindrit për të lejuar më shumë turbulenca gjatë aktit të ngjeshjes për shkak të modelit të saktë të kupës në kokën e pistonit.
Dizajni i dhomës së djegies ka ndikimin më të rëndësishëm në emetimet e grimcave. Mund të prekë gjithashtu hidrokarburet e padjegura dhe CO. Megjithëse emetimet e NOx varen nga dizajni i tasit [De Risi 1999], vetitë e gazit me shumicë luajnë një rol shumë të rëndësishëm në nivelet e tyre të gazit të shkarkimit. Megjithatë, për shkak të shkëmbimit të NOx/PM, dizajnet e djegësve duhej të evoluonin ndërsa kufijtë e emetimit të NOx u ulën. Kjo kërkohet kryesisht për të shmangur rritjen e emetimeve të PM që do të ndodhte ndryshe.
Optimizimi
Një parametër i rëndësishëm për optimizimin e sistemit të djegies së karburantit dizel në motor është përqindja e ajrit të disponueshëm të përfshirë në këtë proces. Faktori K (raporti i volumit të kupës së pistonit ndaj hapësirës) është një masë e përafërt e proporcionit të ajrit të disponueshëm për djegie. Zvogëlimi i zhvendosjes së motorit çon në një ulje të koeficientit relativ K dhe në një tendencë për të përkeqësuar karakteristikat e djegies. Për një zhvendosje të caktuar dhe me një raport konstant kompresimi, faktori K mund të përmirësohet duke zgjedhur një goditje më të gjatë. Zgjedhja e raportit të shpimit të cilindrit ndaj motorit mund të ndikohet nga faktori K dhe një sërë faktorësh të tjerë si paketimi i motorit, hapjet dhe valvulat, e kështu me radhë.
Vështirësi të mundshme
Një problem veçanërisht i rëndësishëm gjatë konfigurimitRaporti maksimal i cilindrit ndaj goditjes qëndron në paketimin shumë kompleks të kokës së cilindrit. Kjo është e nevojshme për të akomoduar modelin me katër valvula dhe sistemin e injektimit të karburantit të përbashkët me injektorin e vendosur në qendër. Kokat e cilindrave janë komplekse për shkak të kanaleve të shumta, duke përfshirë ftohjen e ujit, bulonat mbajtëse të kokës së cilindrit, portat e marrjes dhe shkarkimit, injektorët, prizat e ndriçimit, valvulat, shtyllat e valvulave, prerjet dhe sediljet dhe kanalet e tjera të përdorura për riqarkullimin e gazit të shkarkimit në disa modele.
Dhomat e djegies në motorët modernë me naftë me injeksion të drejtpërdrejtë mund të referohen si dhoma me djegie të hapura ose dytësore.
kamera të hapura
Nëse vrima e sipërme e tasit në piston ka një diametër më të vogël se maksimumi i të njëjtit parametër tas, atëherë ajo quhet e kthyeshme. Kupat e tillë kanë një "buzë". Nëse jo, atëherë kjo është një dhomë e hapur djegieje. Në motorët me naftë, këto modele meksikane të tasave të kapelave janë të njohura që nga vitet 1920. Ato u përdorën deri në vitin 1990 në motorë të rëndë deri në pikën ku tasi i kthimit u bë më i rëndësishëm se dikur. Kjo formë e dhomës së djegies është projektuar për kohë injektimi relativisht të avancuara, ku tasi përmban shumicën e gazrave që digjen. Nuk është i përshtatshëm për strategjitë e injektimit të vonuar.
Motor dizel
E ka marrë emrin e shpikësit Rudolf Diesel. Është një motor me djegie të brendshme në të cilin ndezja e karburantit të injektuar shkaktohet nga rritjatemperatura e ajrit në cilindër për shkak të ngjeshjes mekanike. Nafta funksionon duke kompresuar vetëm ajrin. Kjo e rrit temperaturën e ajrit brenda cilindrit në një masë të tillë që karburanti i atomizuar i injektuar në dhomën e djegies ndizet spontanisht.
Kjo është e ndryshme nga motorët me ndezje me shkëndijë, si benzina ose LPG (që përdorin karburant të gaztë dhe jo benzinë). Ata përdorin një kandele për të ndezur përzierjen ajër-karburant. Në motorët me naftë, prizat e ndriçimit (ngrohësit e dhomës së djegies) mund të përdoren për të ndihmuar fillimin në mot të ftohtë dhe gjithashtu në raporte të ulëta të ngjeshjes. Nafta origjinale funksionon në një cikël presioni konstant të djegies graduale dhe nuk prodhon një bum zanor.
Karakteristika të përgjithshme
Diesel ka efikasitetin më të lartë termik nga çdo motor praktik me djegie të brendshme dhe të jashtme për shkak të raportit të tij shumë të lartë të zgjerimit dhe djegies së ligët të natyrshme, duke lejuar që ajri i tepërt të shpërndajë nxehtësinë. Një humbje e vogël e efikasitetit parandalohet gjithashtu pa injektim të drejtpërdrejtë, pasi karburanti i padjegur nuk është i pranishëm kur valvula mbyllet dhe karburanti nuk rrjedh drejtpërdrejt nga pajisja e marrjes (injektorit) në tubin e shkarkimit. Motorët me naftë me shpejtësi të ulët, si ata që përdoren në anije, mund të kenë efikasitet termik mbi 50 për qind.
Dizelët mund të dizajnohen si me dy ose katër goditje. Fillimisht ato u përdorën sizëvendësim efektiv për motorët e palëvizshëm me avull. Që nga viti 1910 ato janë përdorur në nëndetëse dhe anije. Përdorimi në lokomotiva, kamionë, pajisje të rënda dhe termocentrale u pasua më vonë. Në vitet tridhjetë të shekullit të kaluar, ata gjetën një vend në dizajnin e disa makinave.
Avantazhet dhe disavantazhet
Që nga vitet 1970, përdorimi i motorëve me naftë në automjetet më të mëdha në dhe jashtë rrugës në SHBA është rritur. Sipas Shoqatës Britanike të Prodhuesve dhe Prodhuesve të Motorëve, mesatarja e BE-së për automjetet me naftë është 50% e shitjeve totale (mes tyre 70% në Francë dhe 38% në MB).
Në mot të ftohtë, ndezja e motorëve me naftë me shpejtësi të lartë mund të jetë e vështirë pasi masa e bllokut dhe kokës së cilindrit thith nxehtësinë e ngjeshjes, duke parandaluar ndezjen për shkak të raportit më të lartë të sipërfaqes ndaj vëllimit. Më parë, këto njësi përdornin ngrohje të vogla elektrike brenda dhomave të quajtura priza ndriçimi.
Shikime
Shumë motorë përdorin ngrohës me rezistencë në kolektorin e marrjes për të ngrohur ajrin e marrjes dhe për të nisur ose derisa të arrihet temperatura e funksionimit. Ngrohësit e bllokut të motorit me rezistencë elektrike të lidhur me rrjetin elektrik përdoren në klimat e ftohta. Në raste të tilla, duhet të ndizet për një kohë të gjatë (më shumë se një orë) për të reduktuar kohën e fillimit dhe konsumimin.
Ngrohësit e bllokut përdoren gjithashtu për furnizimin me energji emergjente me gjeneratorë me naftë, të cilët duhet të shkarkojnë shpejt energjinë në rast të ndërprerjes së energjisë. Në të kaluarën, janë përdorur një shumëllojshmëri më e gjerë e metodave të fillimit të ftohtë. Disa motorë, si Detroit Diesel, përdorën një sistem për të futur sasi të vogla eteri në kolektorin e marrjes për të filluar djegien. Të tjerë kanë përdorur një sistem të përzier me një ngrohës me rezistencë ndaj djegies së metanolit. Një metodë e improvizuar, veçanërisht në motorët që nuk funksionojnë, është të spërkatni manualisht një kanaçe aerosoli me lëng esencial në rrjedhën e ajrit të marrjes (zakonisht përmes montimit të filtrit të ajrit të marrjes).
Ndryshimet nga motorët e tjerë
Kushtet e naftës janë të ndryshme nga motori me ndezje me shkëndijë për shkak të ciklit të ndryshëm termodinamik. Për më tepër, fuqia dhe shpejtësia e rrotullimit të tij kontrollohen drejtpërdrejt nga furnizimi me karburant, dhe jo nga ajri, si në një motor ciklik. Temperatura e djegies së karburantit dizel dhe benzinës mund të ndryshojë gjithashtu.
Motori mesatar me naftë ka një raport fuqi-peshë më të ulët se një motor benzine. Kjo për shkak se nafta duhet të funksionojë me një RPM më të ulët për shkak të nevojës strukturore për pjesë më të rënda dhe më të forta për t'i bërë ballë presionit të funksionimit. Shkaktohet gjithmonë nga një raport i lartë i kompresimit të motorit, i cili rrit forcat në pjesën për shkak të forcave të inercisë. Disa naftë janë për përdorim komercial. Kjo është konfirmuar në mënyrë të përsëritur në praktikë.
Motorët me naftë zakonishtkanë një goditje të gjatë. Në thelb, kjo është e nevojshme për të lehtësuar arritjen e raporteve të kërkuara të kompresimit. Si rezultat, pistoni bëhet më i rëndë. E njëjta gjë mund të thuhet për shufrat. Më shumë forcë duhet të transmetohet përmes tyre dhe boshtit të gungës për të ndryshuar momentin e pistonit. Kjo është një arsye tjetër pse një motor nafte duhet të jetë më i fortë për të njëjtën fuqi dalëse si motori me benzinë.
